Struktura i właściwości magnetyczne - Instytut Fizyki PAN

Powłoka w postaci klasterów tlenków Fe, czuła na zmiany temperatury i wykazująca
relaksacje superparamagnetyczne, obserwowana była nie tylko dla drobnych cząstek Fe [13,
60, 64] lecz takŜe dla cienkich warstw Fe [145] oraz warstw epitaksjalnych magnetytu na
podłoŜu MgO [146]. W przypadku cienkich warstw relaksacje termiczne powłoki tlenkowej
przypisane zostały obecności tzw. granic antyfazowych, wytworzonych pomiędzy
,,domenami” strukturalnymi [146]. Dla warstw magnetytu o grubości d ≤ 5 nm obserwowano
zachowanie superparamagnetyczne, mające swą przyczynę w procesie ich nukleacji
(,,wyspowy” wzrost Fe 3 O 4 ), któremu nieodłącznie towarzyszy powstanie granic
antyfazowych. Granice antyfazowe powstają wskutek łączenia się tych wysp, które są
przesunięte względem siebie lub są obrócone o kąt 90°, bądź teŜ - jednocześnie są obrócone
i przesunięte. Pokazano [146], Ŝe przez granice antyfazowe pomiędzy oktaedrycznymi
kationami Ŝelaza przebiegają 180-stopniowe ścieŜki nadwymiany Fe-O-Fe (których nie
obserwuje się dla objętościowego magnetytu), powodujące antyferromagnetyczne sprzęŜenie
bądź frustrację magnetyczną ,,domen”. Obecność granic antyfazowych znacznie osłabia
oddziaływania wymienne pomiędzy klasterami tlenkowymi (redukcja bariery nadwymiany),
co pozwala traktować krystalograficzne domeny jak układ słabo sprzęŜonych domen
magnetycznych, mogących łatwo zmieniać kierunek swej magnetyzacji pod wpływem energii
termicznej.
Struktura i właściwości magnetyczne powłok tlenkowych cząstek Fe są analogiczne
do przedstawionego powyŜej przypadku cienkich warstw Fe 3 O 4 . Pozwala to przypuszczać,
Ŝe ,,źródło” redukcji siły sprzęŜenia wymiennego dla obu tych klas materiałów jest takie
samo. Jest zatem wielce prawdopodobne, Ŝe granice antyfazowe, samoistnie tworzące się
w cienkich warstwach magnetytu, mogą powstawać równieŜ w warstwie tlenkowej cząstek Fe
w procesie ich wytwarzania. Granice te zaburzają oddziaływania wymienne
klaster - klaster, jak równieŜ klaster - rdzeń w cząstkach, prowadząc do
antyferromagnetycznych sprzęŜeń oraz efektów frustracji w ich powłokach tlenkowych.
Konsekwencją tego jest słabe sprzęŜenie powierzchniowych klasterów tlenkowych, a przez to
- zwiększony udział procesów aktywowanych termicznie, aŜ po wystąpienie relaksacji
superparamagnetycznych [16].
80